DE19920297A1 - Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke - Google Patents
Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer WerkstückeInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebahandlung metallischer Werkstücke durch Aufheizen der Werkstücke und anschließendes Abschrecken, wobei das Abschrecken mit einem Kühlgas durchgeführt wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird als Kühlgas CO, CO¶2¶, O¶2¶, H¶2¶S, H¶2¶O-Dampf, H¶3¶N, NO¶3¶, Methanol, ein gesättigter und/oder ungesättigter Kohlenwasserstoff verwendet. DOLLAR A Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann dem Kühlgas Stickstoff, Helium, Wasserstoff oder ein Gemisch aus Helium und Wasserstoff zugesetzt werden. Hierbei wird der für die thermochemische Behandlung erforderliche reaktive Gasbestandteil in einer Konzentration bis zu 50 Vol.-%, vorzugsweise bis zu 15 Vol.-%, zugesetzt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke
durch Aufheizen der Werkstücke und anschließendes Abschrecken, wobei das
Abschrecken mit einem Kühlgas durchgeführt wird.
Ein gattungsgemäßes Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke ist
aus der DE-PS 37 36 501 bekannt. Bei diesem wird in dem Ofen, in dem die Wärme
behandlung erfolgt, während des Abschreckens mit Helium, Wasserstoff oder einem
Gemisch aus Helium und Wasserstoff als Kühlgas ein Kühlgasdruck p zwischen
1 und 4 MPa eingestellt. Zudem wird die Kühlgasgeschwindigkeit v so eingestellt, daß
das Produkt aus Kühlgasdruck p und Kühlgasgeschwindigkeit v zwischen 10 und
250 MPa m/sec liegt.
Die der Wärmebehandlung in einem Wärmebehandlungsofen, beispielsweise in
einem Vakuumofen, nachgeschaltete Abschreckung kann entweder im Ofen selbst
oder einer gasdichten Kammer durchgeführt werden.
Aus der EP-A 0 869 189 ist ein Verfahren zur Abschreckung metallischer Werkstücke
nach einer Wärmebehandlung bekannt, bei dem ein Kühlgasdruck p im Ofen oder der
Abschreckkammer von mehr als 4 MPa (40 bar), vorzugsweise von mehr als 4 MPa
und bis zu 5,5 MPa, eingestellt wird. Als Kühlgas kommen auch bei diesem Verfahren
die angeführten Gase bzw. Gasgemische sowie Stickstoff oder Stickstoff-enthaltende
Gemische zum Einsatz.
Neben den erwähnten Abschreckverfahren sind seit längerem Abschreckprozesse
bekannt, bei denen das Behandlungsgut in einem Salz- oder Ölbad abgeschreckt
wird. Diese Prozesse sind jedoch insbesondere aus Umweltschutzgründen als
nachteilig anzusehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Wärmebehandlung
metallischer Werkstücke anzugeben, das insbesondere hinsichtlich des Abschreck
prozesses optimiert ist und mittels dessen die Qualität der wärmebehandelten
metallischen Werkstücke erhöht werden kann.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dies dadurch erreicht, daß als
Kühlgas CO, CO2, O2, H2S, H2O-Dampf, H3N, NO3, Methanol, ein gesättigter und/oder
ungesättigter Kohlenwasserstoff verwendet wird.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß mit den genannten Gasen bzw.
Gasgemischen der Abschreckprozeß positiv beeinflußt wird. Derartige Gase bzw.
Gasgemische wirken im wesentlichen in zwei Richtungen. Zum einen wird die
Abschreckwirkung nach einem ähnlichen Mechanismus, wie er von der Zugabe von
Inertgasen bekannt ist, verbessert; zum anderen bewirken die genannten Gase bzw.
Gasgemische eine Verstärkung bzw. Unterstützung der beabsichtigten chemischen
Wirkung, die beispielsweise oxidierend, reduzierend, nitrierend, etc. sein kann. Des
weiteren können schädigende Einflüsse auf während der Wärmebehandlung oder
zuvor auf die abzuschreckenden Werkstücke aufgebrachte Schichten, Diffusions
zonen, etc. verhindert, zumindest jedoch verringert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren weiterbildend wird vorgeschlagen, daß dem
Kühlgas Stickstoff, Helium, Wasserstoff oder ein Gemisch aus Helium und Wasser
stoff zugesetzt wird.
Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren dann besonders vorteilhaft
anwendbar ist, wenn der Abschreckprozeß bzw. die dafür erforderliche Vorrichtung in
den sog. Gasbereich der Wärmebehandlungsanlage integriert werden kann. In diesen
Fällen muß zu der Luft bzw. Umgebungsatmosphäre keine zusätzlich aufwendige
Abschottung erfolgen.
Weiterhin läßt sich beispielsweise die an einen Aufkohlungsofen gekoppelte Kaltkam
mer besonders vorteilhaft mit einem Gasgemisch, bestehend jeweils zur Hälfte aus
Wasserstoff und Kohlenmonoxid, betreiben. Bei Verwendung dieses Gasgemisches
wird nicht nur ein ausgezeichnetes Abschreckverhalten erzielt, es stellt sich auch
während des Abschreckens selbst eine reduzierende Wirkung auf das abzuschrec
kende Werkstück ein. Dies hat nicht nur Verbesserungen bzgl. der Reinheit sowie der
Funktionalität der Werkstückoberfläche zur Folge, sondern bietet zudem den Vorteil,
daß das zur Abschreckung verwendete Gas bzw. Gasgemisch ohne Nachbehandlung
unmittelbar als Kohlungsgas einem Ofen zugeführt werden kann.
Im Zusammenhang mit diesem Beispiel ist anzumerken, daß das erwähnte H2/CO-
Gasgemisch nicht nur im Hinblick auf den Abschreckprozeß, sondern auch im Hinblick
auf den Aufkohlungsprozeß als vorteilhaft anzusehen ist, da diese Gasmischung eine
optimale Atmosphäre zum Aufkohlen von Einsatzstählen darstellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke
weiterbildend wird vorgeschlagen, daß der für die thermochemische Behandlung
erforderliche reaktive Gasbestandteil in einer Konzentration bis zu 50 Vol.-%, vorzugs
weise bis zu 15 Vol.-%, zugesetzt wird.
Abhängig von den jeweiligen Kombinationen aus reaktivem Gas und Kühlgas-
(gemisch) können oftmals bereits durch die Zugabe geringer Mengen an reaktivem
Gas - gemeint sind hier Mengen im Bereich von Bruchteilen von Prozenten bis zu
wenigen Prozenten - die geschilderten Vorteile erreicht werden.
Beispielsweise wird durch die Zugabe von 0,5 bis 5 Vol.-% Kohlenmonoxid zu einem
Kohlendioxid/Helium-Kühlgasgemisch eine reduzierende Wirkung und durch die
Zugabe von 10 Vol.-% Kohlendioxid zu Stickstoff oder von 4 Vol.-% Sauerstoff zu
Wasserstoff eine oxidierende Wirkung erzielt.
Es ist zudem denkbar, daß die gewünschte Wirkung der Zugabe von reaktivem Gas
erst während des Abschreckprozesses zum Tragen kommt. Dies wird z. B. durch die
Zugabe von 5 Vol.-% Methan erreicht. Das Methan zersetzt sich bei Härtetempera
turen von ca. 1100°C beim Auftreffen auf die Oberfläche des abzuschreckenden
Werkstückes zu Kohlenstoff und Wasserstoffatomen und entfaltet erst dann seine
reduzierende Wirkung.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wärmebehandlung metallischer Werk
stücke kann der Abschreckprozeß optimiert und die Qualität der wärmebehandelten
metallischen Werkstücke verbessert werden. Hierbei wird der erforderliche anlagen
technische Aufwand gegenüber den zum Stand der Technik zählenden Verfahren
nicht wesentlich vergrößert.
Claims (3)
1. Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke durch Aufheizen der
Werkstücke und anschließendes Abschrecken, wobei das Abschrecken mit einem
Kühlgas durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlgas CO, CO2,
O2, H2S, H2O-Dampf, H3N, NO3, Methanol, ein gesättigter und/oder ungesättigter
Kohlenwasserstoff verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kühlgas
Stickstoff, Helium, Wasserstoff oder ein Gemisch aus Helium und Wasserstoff
zugesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der für die
thermochemische Behandlung erforderliche reaktive Gasbestandteil in einer
Konzentration bis zu 50 Vol.-%, vorzugsweise bis zu 15 Vol.-%, zugesetzt wird.
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